(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体との間で熱の移動を起こさせるための組成物であって、二酸化炭素を吸着および放
出させるための主吸着物質、全組成物中０．０１〜８０質量％のグラファイト材料およびバインダー物質としてのポリテトラフルオロエチレンを含み、前記主吸着物質と前記グラ
ファイトの表面に二酸化炭素が吸着されることを特徴とする組成物。
【請求項２】
前記主吸着物質が活性炭である請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
天然または合成グラファイトを使用する請求項１または２記載の組成物。
【請求項４】
前記グラファイトの含有量が全組成物中１０〜５０質量％である請求項１〜３のいず
れかの項記載の組成物。
【請求項５】
前記グラファイトの含有量が全組成物中、２０〜４５質量％である請求項１〜４のいず
れかの項記載の組成物。
【請求項６】
前記グラファイトの含有量が全組成物中、４０質量％である請求項１〜５のいずれかの
項記載の組成物。
【請求項７】
モノリス状またはブロック状で提供される請求項１〜６のいずれかの項記載の組成物。
【請求項８】
連続したブロック状である請求項７に記載の組成物。
【請求項９】
円柱形のブロック状またはモノリス状である請求項７または８に記載の組成物。
【請求項１０】
前記ブロックまたは前記モノリスからの二酸化炭素の移動を高めるために前記ブロック
または前記モノリスの中に穴が設けられている請求項７、８、または９に記載の組成物。
【請求項１１】
流体との間で熱の移動を起こさせるための装置であって、
二酸化炭素を吸着および放出させるための主吸着物質（１０）、
二酸化炭素を前記主吸着物質の表面に保持するためのシール手段および
前記シールを破壊するための放出機構（１６）
とを含み、前記主吸着物質が全組成物中の０．０１〜８０質量％のグラファイト材料およびバインダー物質としてポリテトラフルオロエチレンを含み、前記主吸着物質と前記グラファイトの表面に二酸化炭素が吸着されていることを特徴とする装置。
【請求項１２】
流体を保持する容器（６）をさらに含み、前記シールを破壊すると前記吸着物質から二
酸化炭素が放出され、それによって前記容器中の流体が冷却される請求項１１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、流体との間で熱を移動させるための改良された組成物と装置に関し、特に、しかし限定するものではないが缶詰めまたは瓶詰めされた流体を冷却または加熱するための改良された組成物と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  ビールや清涼飲料などの缶詰飲料を、冷蔵庫を使用せずに冷却できることは望ましいことである。自冷式の缶は、これを入手できれば、開発途上国での、有害な物質を大気中に漏出させる旧式で性能の悪い冷蔵庫の使用を減らすことができるので非常に便利で環境にも優しいものである。【０００３】  「チル・カン（Chill Can）」という商品名で販売されている自冷式缶の一種が開発されており、これは、缶の中に含まれている液体を冷却するためにはきわめて効果的ではあるが、強力な温暖化ガスであるハイドロフルオロカーボン冷媒を含んでおり、この冷媒が大気中に放出されてしまう。【０００４】  別の冷却剤として、二酸化炭素をベースとするカプセルで、活性炭に吸着させた比較的低圧の二酸化炭素ガスを用いるものが開発されている（欧州特許第７５７２０４号）。活性炭に二酸化炭素を吸着させると、分子が互いに近接してカプセル中にエネルギーが吸収され、熱を高めることができる。二酸化炭素を閉じこめた密閉カプセルは室温に戻される。カプセルの開放は、二酸化炭素ガスが活性炭の表面からの放出の原因となり、この分子が周囲のエネルギーを取り込むことによって冷却効果が生み出される。液体を冷却する必要がある際にカプセルのシールを破壊するメカニズムを備えた飲料缶の中に密閉カプセルを組み込むことにより、二酸化炭素を放出させることで缶の中に含まれた液体を冷却することができる。【０００５】  前述の自冷式飲料缶は比較的効果があり、有害な物質を大気中に放出させることもない。しかし、液体温度の初期の低下（たとえば、約３分間で２５℃から１２℃）は比較的迅速に達成されるが、満足できる飲料温度に到達するための温度の最終的な降下には時間がかなり長くかかる。このため、消費者に対する自冷式缶の訴求度は低下することになる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  本発明の目的は、流体との間で熱エネルギーをより高い速度で移動させ、望ましい液体温度をより迅速に得られるようにするための改良された組成物と装置を提供することにある。
【問題を解決するための手段】
【問題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様では、流体との間で熱を移動させるための組成物であって、ガスを吸着するための主吸着物質、全組成物の０．０１〜８０質量％のグラファイト（黒鉛）材料およびバインダー物質を含む組成物を提供する。
【０００８】  好ましくは、主吸着物質は活性炭であり、吸着されるガスは二酸化炭素である。ここで、「活性炭」とは強力な吸着特性を発現させるために特別に活性化された炭素質材料のファミリーであって、ごく微量の液体またはガスでさえ炭素上に吸着されるようにした物質を意味する。活性炭は、石炭、木材、ナッツ（ココナッツなど）、骨類などの物質から作ることができる。また、ポリアクリロニトリルなどの合成物質から誘導することもできる。さまざまな活性化方法があり、スチーム、二酸化炭素、その他のガスを使用して高温で選択的に酸化する方法や、塩化亜鉛やリン酸を用いる化学的活性化法などがある。
【０００９】  本発明の組成物は、さらに、表面に二酸化炭素を吸着させた主吸着物質とグラファイトとを含む。
【００１０】  グラファイトとしては、天然物または合成物などいかなる形のものでも本発明の組成物中に組み込むことができる。たとえば、粉末状またはフレーク状のグラファイトを使用することができる。好ましくは、グラファイトは１０〜５０質量％、さらに好ましくは２０〜４５質量％、特に好ましくは４０質量％の割合で含まれる。
【００１１】  本発明の組成物は、処方品の密度を高めるために、たとえばポリテトラフルオロエチレンなどのバインダー物質を含む。
【００１２】  好ましくは、本発明の組成物はモノリス状またはブロック状である。本発明の組成物を連続した形状、好ましくは円柱形のブロック状とすることによって炭素粒子間の空隙をなくし、熱の移動を助長することが望ましい。ブロックまたはモノリスの機械的な処理としては、ブロックに穴を開けることによってガスが放出される表面積を増加させ、ガスの移動を強化することによって行うことができる。
【００１３】  本発明の第２の態様では、ガスを吸着するための主吸着物質と、ガスを主吸着物質表面上に保持するためのシール手段と、シールを破壊するための放出機構とを含み、前記主吸着物質が０．０１％〜８０質量％のグラファイト物質とバインダー物質とを含むことを特徴とする、流体との間で熱を移動させるための装置を提供する。
【００１４】  本発明の装置は流体を保持するための容器を備えていてもよく、シールを破壊すると吸着物質から吸着されたガスが放出され、それによって流体が冷却される。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  本発明を、以下の実施例を用いてさらに説明する。実施例１では、本発明に係る組成物の冷却効果を調べ、実施例２では、本発明に係る組成物の発熱効果を調べ、実施例３では、本発明に係る種々の成型組成物の吸着二酸化炭素取り込み量と共に吸着した二酸化炭素ガスを調節しながら圧力から開放した場合に組成物から放出される二酸化炭素の量に関する対応値を調べ、実施例４では、圧力を調節しながら吸着された二酸化炭素ガスを本発明に係る種々の成型組成物から放出させた場合の冷却効果を調べ、実施例５では、更に本発明に係る追加の成型組成物に加圧条件下で吸着される二酸化炭素の量と共に、各組成物から圧力を調節しながら開放した場合に放出される二酸化炭素の量に関する対応値を調べた。
【００１６】  添付図面の図１を参照し、従来技術に係る自冷式缶４を説明する。必要な熱交換ユニットは簡略化のために省略している。上面に開缶手段（図示なし）を有するシールされた容器６が清涼飲料８を保持するために備えられ、必要な時に清涼飲料にアクセスできるようになっている。缶には活性炭などの吸着物質１０のブロックが、ハウジング１２の内側に密封され、その表面には二酸化炭素が吸着されている。二酸化炭素ガスを吸着物質１０中に保持するためにプラグ１４が備えられ、シールを破壊するためにプランジャー１６が備えられている。このようにして、プランジャー１６によるシールを破壊が、吸着物質から二酸化炭素を放出し、物質は急激に冷却される。この冷却効果によって、容器中に含まれる液体を冷蔵庫を使用せずに冷却することができる。
【００１７】  グラファイトを吸着物質中に含有させることによって、物質から周囲への熱の移動速度が驚異的に増加することが判明した。
【実施例】
【００１８】実 施 例 １
本発明の成型組成物の冷却効果を、塩化カルシウム水和物と氷とを使用して鋼ブロックを−５５℃に冷却し、ブロックとの接触によって本発明の成型組成物の温度を低下させるために要した時間をモニタすることによって調べた（熱電対を成型組成物表面と接触させることによって測定）。冷却効果は１０質量％および３０質量％のグラファイトを含む組成物と対比してモニタした。さらに、同様の検討を、活性炭と１０質量％アルミニウム粉末とを含む成型炭素組成物で行った。下の表１および図２に実験の結果を示す（グラファイト、ＰＴＦＥ、アルミニウムの添加％は１００部の活性炭への添加に基づく処方である。たとえば、１００ｇの活性炭に３０ｇのグラファイトと１０ｇのＰＴＦＥを加えた）。【００１９】
【表１】
0005455103.tif 000002
【００２０】  この実験の結果から、１０％のグラファイトを含む組成物が、活性炭に１０％のアルミニウムを含む組成物と同程度の冷却効果を持つことは明らかである。アルミニウムはグラファイトよりも高い熱伝導性を持つことが知られているため、アルミニウムを含む組成物は同量のグラファイト混成物を含む成型組成物よりも急速な冷却効果を示すことが予想されたことから、この実験結果は意外なものである。グラファイトは活性炭との適合性が高く、より安価な材料であるから、自冷式飲料缶挿入物を作るためには、アルミニウム粉末を含む組成物よりもグラファイトを含む組成物を使用することが望ましい。成型組成物にグラファイトを３０％含有させると、試験を行った組成物のいずれよりも速く望ましい温度（通常は１０℃以下の温度が清涼飲料の冷却温度として適当であると考えられる）に到達させることができた。缶の中に含まれる清涼飲料の温度を低下させるために要する時間を短くできるので、これは有利な点である。【００２１】実 施 例 ２
本発明の組成物の加熱効果を、鋼ブロックを７９℃に加熱し、鋼ブロックと接触させた本発明の成型組成物の温度上昇によって調べた（成型組成物表面に接触させたプローブ式熱電対により測定）。加熱効果は、０質量％、１０質量％、３０質量％のグラファイトを含有する組成物についてモニタした。添付の図３は、１０％のグラファイトと炭素とを含有する組成物の温度上昇が純粋な炭素だけを含む組成物よりも速いことを示す実験結果のグラフである。この場合も、成型組成物中に多くのグラファイト（３０％）を含有させると加熱効果が高まった。【００２２】  実施例１と実施例２は、本発明に係る組成物は従来技術よりも液体を冷却する速度が速いことを示している。液体を冷却するためのプロセスは、吸着された二酸化炭素が活性炭とグラファイトの混合物から放出される物理的反応を含む。好ましくは、組成物の５０％以下がグラファイトであることが望ましい。５０％を超えると、組成物の吸着能力が不利に低下する。【００２３】実 施 例 ３
本発明に係る種々の成型組成物を使用して、加圧条件下で吸収された二酸化炭素ガスの量と、各組蔵物からガス圧を開放した条件下で放出される二酸化炭素ガスの量とを測定した。
２０９ｃｍ3の容量を有するテスト缶と関連接続器具を備えたテストリグの容量まで、最大圧力２．７５ｋＮｃｍ-2（２トン／平方インチ）で作動する適当な大きさのラム圧縮デバイスを使用して成型した炭素組成物を充填した。成型組成物の重量を記録した。圧縮二酸化炭素ガスの供給源をテスト缶に接続し、ガスを大気温度で徐々に注入した。その結果、吸着発熱によるテスト缶と内容物の温度上昇が認められた。テスト缶リグと内容物を０℃の低温浴に移し、圧縮二酸化炭素接続部をガスの取り込みが完了するまで１１バールの圧力に６０分間維持した。テスト缶内容物を再秤量し、二酸化炭素の取り込み量を確定した。加圧テスト缶が大気温度になるように放置し、プランジャー・デバイスを操作して缶の底部のプラグ・シールを開放することによってテスト缶リグを大気に開放した。開放した缶を２０分後に再秤量し、放出された二酸化炭素の量を確定した。テスト缶を大気温度になるように放置し、ガスを放出した後約１６時間後に再秤量した。テストした成型組成物は、選定したグレードの顆粒状活性炭とＰＴＦＥバインダーを含むものに０％、１０％、３０％のグラファイトを加えた処方品である。比較のために、バインダーまたはグラファイトを添加しない顆粒状活性炭を用いてテストを行った。表２にこれらの実験の結果を示す。【００２４】
【表２】
0005455103.tif 000003
【００２５】  これらのテスト値は、本発明に係る各成型組成物は対照炭素に比べて圧縮密度が増加していることを示している。これらの組成物の二酸化炭素取り込み量は対照炭素とほぼ同じであったが、グラファイトの添加量に比例して減少することはなかった。しかし、成型組成物を２０分間開放することによって放出される二酸化炭素の量は対照炭素よりも有意に大きく、二酸化炭素が若干速く放出され、テストを行った組成物の保持性が小さいことを示している。本発明に係る成型組成物に関するすべての観察結果と指標によって、冷却缶用途で大きな利点があることが分かった。【００２６】実 施 例 ４
実施例３に詳細を記載した追加実験中に、加圧テスト缶と内容物から放出される二酸化炭素ガスによる冷却効果を測定するための実験を行った。特に注目したのは、大気開放後にそれぞれが最低温度に到達する時間に対する混合グラファイトとバインダー添加の効果と、記録された最低温度差（冷却缶テストリグの上部と下部に設置した熱電対間で達成された最低温度の差）である。さらに、本発明に係る成型組成物について熱伝導度の測定値の変動も調べた。【００２７】  二酸化炭素を放出させた後、テスト缶の上部と底部の２つのポイントで、接触させたプローブ熱電対によって表面温度を測定した。モニターし、保存することのできるデータ採取システムを使用し、最大３０００データ・ポイントの冷却特性を各温度チャネルで２０分間収集した。【００２８】  テスト缶で得られた最低温度（上部・下部の平均最低温度）と、ガスを放出した後に最低温度に到達するまでに要した時間とを含む実験結果の要約を表３に示す。表３は冷却差の値も示しており、缶の上部と下部に装着した熱電対の最低温度の差を表している。【００２９】
【表３】
0005455103.tif 000004
【００３０】  さらなる比較の目的で、成型組成物のサンプルを別途調製し、個別に有効熱伝導特性を調べた。使用したテスト法は改良保護ホットプレート法を用いて定常状態の熱伝導度を測定する絶対法である。有効熱伝導度の測定は、公知の軸方向の熱フラックスを定常状態で適用することによって成型炭素組成物に生ずる温度傾斜を測定することに基づいて行った。【００３１】  活性炭組成物へのグラファイトの添加効果は、冷却効果Ｔ0minの増加と、最低温度に到達するのに要する時間が短縮されることに見られた。最大の効果は３０％のグラファイトを含有する成型組成物（ＬＭ２５６）で観察され、１０％のグラファイトを含有する組成物と比較して最低温度に到達する時間を伸ばすことなくより低い温度が達成された。−１５℃の最低温度が達成されたが、これはテスト缶と内容物の開始温度１０℃からの合計で２５℃もの低下である。熱伝導度および冷却温度差特性は、成型組成物中に含まれるグラファイトの量に直接相関した。グラファイト添加量を増加させると、熱伝導度が増加し、テスト缶の上部と下部の間の温度差も低下した。炭素組成物中にＰＴＦＥバインダーのみを含有させた組成物（ＬＭ２５４）も冷却効果を高め、活性炭だけの組成物と比較して最低温度の低下と温度差の低下をもたらした。【００３２】
実施例５
実施例３および実施例４で使用したものと同じ選定グレードの顆粒状活性炭に、２５％、３０％、４０％、８０％のグラファイトをＰＴＦＥバインダーとともに添加した種々の成型組成物に吸収または放出される二酸化炭素の量と、吸収された二酸化炭素の圧力制御下での放出による冷却効果を調べるために、本発明に係る成型組成物についてさらに実験を行った。
【００３３】  この一連の実験は、実施例３および実施例４で説明した実験と同様の方法で行った。注目したのは、グラファイトとバインダーの添加が成型密度、達成最低温度、圧力開放後に最低温度を達成するために要した時間、記録された最低温度差（上記の定義による）に及ぼす効果である。
これらの実験的テスト結果を下の表４に示す。【００３４】
【表４】
0005455103.tif 000005
【００３５】  これらの結果は、本発明に係る成型組成物はグラファイト添加量の増加に対応して成型密度が増加したことを示している。成型組成物の二酸化炭素取り込み量は、０℃および圧力１２バールにおいて、対応するグラファイト添加量の増加とともにわずかに低下した。しかし、成型組成物から放出される二酸化炭素の重量は２０分間の開放において、グラファイトの割合とは無関係に全体としてほぼ一定であった。最大の冷却効果は、本実施例の成型組成物と実施例４でテストした成型組成物のうち、グラファイトを４０％添加した組成物（すなわち、ＬＭ００５）で観察された。ＬＭ００５成型組成物は最も低い最低温度である−１５．９℃を示し、著しい冷却効果があることを示した。【００３６】  これよりも多いあるいは少ない割合のグラファイトを含む組成物は好ましい冷却効果を生みだしたが、４０％のグラファイトを含む組成物ＬＭ００５ほどの冷却効果は達成できなかった。ＬＭ００５成型組成物が最低温度を達成する時間はＣＯ２放出後２．０５分であった。これは、実施例４の表３に示したグラファイトまたはバインダーを添加しない成型対照炭素によって生み出される速度と比べて冷却速度が大幅に増加したことを示している。すなわち、ＬＭ００５成型処方品は最低温度がさらに３．６℃低く、０．１６分間短い時間で達成されている。成型組成物ＬＭ００５の冷却温度差特性（圧力からＣＯ２を放出している間にテスト缶の上部と下部に設置した熱電対間で達成された最低温度の差）は４．１℃であり、テストを行った一連の追加の成型処方品においてほぼ共通であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術の自冷式缶の模式図である。
【図２】  純粋な活性炭組成物と、アルミニウムを１０％含む炭素組成物と、グラファイトを１０％含む炭素組成物と、グラファイトを３０％含む炭素組成物の冷却効果を比較したグラフである。
【図３】  純粋な活性炭組成物と、グラファイトを１０％含む炭素組成物と、グラファイトを３０％含む炭素組成物の加熱効果を比較したグラフである。
【図１】
0005455103.tif 000006
【図２】
0005455103.tif 000007
【図３】
0005455103.tif 000008